JP2015230215A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度と電気特性の両方をより確実に測定することができる測定装置を提供する。
【解決手段】測定装置１０は、冶具２４と、加熱ステージ２０と、移動装置３０と、コンタクトプローブ装置５０と、測定器４０を備えている。加熱ステージ２０の上側には、コンタクトプローブ装置５０が接続した冶具２４が配置されている。コンタクトプローブ装置５０は、温度検知部材６０と、固定部材７０と、３つのプローブ８０を備えている。プローブ本体８２および当接部８６は、固定部材７０に対して支持部８４を介して傾き可変に接続されている。当接部８６に温度検知部材６０に対して外部から力が掛かった場合に、支持穴８４１を支点として、てこの原理によりそれぞれのプローブ本体８２の先端が内側へと閉じる。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定装置に関する。

従来、例えば、特開平９−２０４９３９号公報に開示されているように、電池の電圧および温度を同時に測定するように、電圧プローブの中に温度センサを設けた測定装置が知られている。この従来技術にかかる導電接触ピンは、先端が電気部品の電極との接触面になっている筒状の接触子本体の中に、軸方向にスライドできるように温度プローブを設けたものである。温度プローブの内部には、サーミスタ等の温度センサが組み込まれている。温度プローブを前方に付勢するスプリングも設けられている。

また、従来、例えば特開平２−２７１２６３号公報に開示されているように、測定対象である電極に押し当てられる第１プローブと、この第１プローブの周囲に設けられて電極を挟み込むための第２プローブとを備えたコンタクトピンが知られている。この従来技術にかかるコンタクトピンでは、測定対象である電極の上面と側面それぞれに第１、２プローブを接触させることで、測定電極の電気的導通を確保している。この第１、２プローブはいずれも電気的特性の測定用に設けられたものである。

特開平９−２０４９３９号公報 特開平２−２７１２６３号公報

棒状の電極端子を備える半導体装置が知られている。このような半導体装置に対して電気特性の測定と温度測定とをそれぞれ確実に実施するためには、電気特性測定用のプローブと温度検知用の検知部材の両方を、棒状の電極端子にそれぞれ確実に接触させなければならない。

棒状の端子は上面の面積が小さいので、特開平９−２０４９３９号公報に記載された技術では、温度プローブおよび電圧プローブを電極端子の先端に正確に押し当てることが難しいという問題がある。また、特開平２−２７１２６３号公報にかかるコンタクトピンは、外側の第２プローブで電極の側面を挟み込むことにより電極との確実な接触を図るものである。しかしながら、この公報に掛かる技術は、その図１などに示されるように電極の両脇の２箇所から電極の側面を挟み込むことを明記しているに過ぎず、平面方向にある程度の広がりを有する電極にコンタクトピンを接触させており棒状の電極端子については記載されていない。棒状の電極端子に対してプローブを接触させる際には、電極端子の側面方向にプローブと端子とが互いにずれることがあるのでそれらのコンタクトが難しいという問題がある。特開平２−２７１２６３号公報にかかる技術ではこのような問題について考察されていなかった。

以上のように、従来の測定装置では、棒状の電極端子に対するコンタクトずれを抑制することができず、電気特性測定と温度測定という異なる二つの測定を確実に両立することが難しいという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、温度と電気特性の両方をより確実に測定することができる測定装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる測定装置は、冶具と、前記冶具に進退可能に接続し、先端部で温度検知を行い外周が電気的に絶縁された温度検知部材と、前記冶具に接続され、前記温度検知部材の周囲の少なくとも３箇所を囲う固定部材と、導電性材料からなり、前記少なくとも３箇所において前記固定部材にそれぞれ可動に接続され、前記温度検知部材を前記先端部から押して後退させたときに前記温度検知部材と当接することでそれぞれの先端部が互いに近づく、少なくとも３つのプローブと、前記プローブと配線を介して接続するとともに、前記温度検知部材と配線を介して接続する測定部と、を備える。

本発明によれば、プローブと温度検知部材の両方を端子に安定的に接触させることできるので、温度と電気特性の両方をより確実に測定することができる。

本発明の実施の形態にかかる測定装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態にかかる測定装置の動作を示す模式図である。 本発明の実施の形態にかかる測定装置のコンタクトプローブ装置を示す側面図である。 本発明の実施の形態にかかる測定装置のコンタクトプローブ装置を示す上面図である。 本発明の実施の形態にかかる測定装置のコンタクトプローブ装置の動作を示す模式図である。 本発明の実施の形態にかかる測定装置のコンタクトプローブ装置の動作を示す模式図である。 放熱用フィンを取り付けた半導体装置の例である。

図１は本発明の実施の形態にかかる測定装置１０を示す模式図であり、図２はその動作を示す模式図である。図２では、試験対象である半導体装置１００の高温試験が行われているものとする。ここで高温試験とは、例えば半導体装置１００に１００℃を超えるような加熱を行う試験を意味している。

半導体装置１００は、ケース１０１と、ケース１０１の底面側に設けられたベース板１０６と、ケースの内部に収納された半導体チップ（図示せず）と、ケースの外側に突出した端子１０２を備えている。ベース板１０６は、半導体チップを冷却することを目的とした熱容量の大きな金属で構成されている。端子１０２は、例えば金属製のワイヤを介して半導体チップと電気的に接続されている。半導体チップを収納したケース１０１の内部は、ゲルまたは樹脂により封止されている。

測定装置１０は、冶具２４と、加熱ステージ２０と、移動装置３０と、コンタクトプローブ装置５０と、測定器４０を備えている。測定装置１０は、半導体装置１００の高温検査に用いられ、図示しないヒータおよび熱電対２２を備えた加熱ステージ２０を備えている。加熱ステージ２０の上側には、コンタクトプローブ装置５０が接続した冶具２４が配置されている。冶具２４は移動装置３０と接続している。移動装置３０は冶具２４を上下動させることができ、その位置制御は内部の制御部３２で行われる。なお、本発明はこれに限られず、冶具２４のかわりに加熱ステージ２０を上下動させてもよく、冶具２４と加熱ステージ２０の両方を移動させてもよい。図１に示すように、端子１０２の上方に位置したコンタクトプローブ装置５０を下降させると、コンタクトプローブ装置５０が端子１０２を挟み込む。これによりコンタクトプローブ装置５０と半導体装置１００の端子１０２を接触させて、電気的接続および熱的接続を確保することができる。

冶具２４には、コンタクトプローブ装置５０が取り付けられている。コンタクトプローブ装置５０は、電気的特性を行うためのプローブ本体８２と温度検知を行うための温度検知部材６０の両方を備えている。冶具２４に取り付けたコンタクトプローブ装置５０の個数、位置、および間隔は、半導体装置１００の端子１０２それぞれとコンタクトプローブ装置５０それぞれが１つずつ接触できるように適宜に設定されている。コンタクトプローブ装置５０の構成は図３および図４を用いて後述する。

なお、図１では１つのコンタクトプローブ装置５０および１本の端子１０２のみを図示しているが、実際には複数の端子１０２が半導体装置１００の表面に突き出ており、それに対応した個数および位置にコンタクトプローブ装置５０が設けられている。ただし、コンタクトプローブ装置５０は半導体装置１００のすべての端子１０２と同じ個数および位置となるように配置されている必要は無い。試験項目に応じて、必要十分な個数および位置にコンタクトプローブ装置５０を設ければよい。

測定器４０は、電流、電圧その他の電気的特性および温度測定を行う測定装置である。測定器４０は、コンタクトプローブ装置５０と配線を介して電気的に接続されている。具体的には、電気配線９０を介してプローブ本体８２と測定器４０とが接続するとともに、温度検知配線９２を介して温度検知部材６０と測定器４０とが接続される。本実施形態では、測定器４０が加熱ステージ２０に設けた熱電対２２とも接続している。熱電対２２により、加熱ステージ２０の表面で接した半導体装置１００（具体的にはベース板）の温度を測定することもできる。なお、図１では模式的に１つの測定器を図示しているが、電気特性測定器と温度測定器を別々に接続してもよい。

図３は本発明の実施の形態にかかる測定装置のコンタクトプローブ装置を示す正面図であり、図４はその上面図である。コンタクトプローブ装置５０は、温度検知部材６０と、固定部材７０と、３つのプローブ８０を備えている。温度検知部材６０は、冶具２４に進退可能に接続している。温度検知部材６０は、その先端部６３で温度検知を行うものであり、外周には絶縁層６４が設けられることで電気的に絶縁されている。

温度検知部材６０は、熱電対６２と、熱電対６２と冶具２４との間を可逆的に進退させるコイルバネ６６と、熱電対６２の先端を露出させつつ熱電対６２の周囲を被覆する絶縁層６４とからなる。熱電対６２は、ゼーベック効果による起電力を温度に換算し温度測定を行う。熱電対６２の後端部に接続したコイルバネ６６は、端子１０２が温度検知部材６０を押し上げるのに応じて縮み、端子１０２が離れると伸びて再び元の形状に戻る。このように、コイルバネ６６は、熱電対６２の検査時に端子１０２からの押圧力がなくなったとき、温度検知部材６０を元の位置に復帰させるための反発力を発生する。なお、図３では簡単のためにコイルバネ６６が外部に露出しているが、必ずしもこのように露出している必要はない。絶縁層６４は、プローブ本体８２と熱電対６２を電気的に絶縁するための絶縁性の物質からなる。なお、本実施形態では好ましい形態の一つとして温度検知部材６０に熱電対６２を用いている。このようなコンタクトプローブ装置５０によれば、簡素な構成で温度および電気特性の測定を行うことができる。

固定部材７０は、３つのプローブ本体８２をそれぞれ可動に支持する部材である。固定部材７０は、垂直に上方に突き出た冶具接続部７２を備えている。冶具接続部７２の一端は冶具２４の表面に接続している。これにより冶具接続部７２を介してコンタクトプローブ装置５０を冶具２４へ機械的に接続することができる。本実施形態では、固定部材７０を、環状、具体的には円環状の部材としている。この固定部材７０の中央に設けられた穴を通じて温度検知部材６０が前後に移動する。なお、本発明はこれに限られるものではなく、固定部材７０は冶具２４に接続され、温度検知部材６０の周囲の少なくとも３箇所を囲うように設ければよく、円環以外の多角形状の環であってもよい。また、固定部材７０が連続した環状でなくともよい。プローブ８０の取付位置にそれぞれ突き出た複数の枝部を有する固定部材７０とし、この枝部それぞれにプローブ８０を接続してもよい。なお、冶具接続部７２は固定部材７０と冶具２４とが互いに動かないように固定する剛体であってもよいが、本発明はこれに限られない。例えば、冶具接続部７２が固定部材７０を冶具２４からぶら下げる機構としたり、冶具接続部７２自体を柔軟性のある材質で形成したりして、冶具２４に対する固定部材７０の移動がある程度可能となるようにしてもよい。

導電性の３つのプローブ８０は、固定部材７０の３箇所にそれぞれ可動に接続されている。図４の上面図に示すように、プローブ本体８２は、端子１０２とのコンタクト時に端子１０２を挟み込むために、温度検知部材６０を中心として、円周上に１２０度ずつ等間隔に配置されている。それぞれのプローブ８０は、温度検知部材６０の隣に位置し先細のテーパを有するプローブ本体８２と、一端がプローブ本体８２と接続した棒状の支持部８４と、支持部８４の他端と接続した円板状の当接部８６とを備えている。プローブ本体８２は、導電性の高い金属、例えば銅などからなる。

プローブ本体８２と当接部８６の間に設けられた棒状の支持部８４が、プローブ本体８２と固定部材７０の間に介在している。支持部８４の両端は、当接部８６およびプローブ本体８２にそれぞれ圧入されている。支持部８４には支持穴８４１が開いており、この支持穴８４１の内部に固定部材７０の一部がはまり込んでいる。このような支持部８４のはめ込みのために、固定部材７０の一部を細く形成してもよい。これにより、温度検知部材６０に対してプローブ本体８２が傾くことができるように、プローブ本体８２を可動に支持することができる。ただし、プローブ本体８２は固定部材７０の円周方向に移動しないようになっている。

当接部８６は温度検知部材６０の後端部の側へ出張っており、温度検知部材６０を後退させたときに当接部８６が温度検知部材６０と当接する。この当接により、支持部８４と支持部８４の接続点（つまり、支持穴８４１）を支点に、プローブ本体８２が傾く。当接部８６は、絶縁性の物質で構成されている。当接部８６は、温度検知部材６０と当接するための当接面８６１を有している。当接面８６１は、温度検知部材６０の側に凸となる曲面である。当接部８６は円形あるいは球状で構成されており、温度検知部材６０と接触する当接面８６１は曲面で構成されている。曲面とすることで当接部８６と温度検知部材６０との間の磨耗を抑制することができる。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、当接面８６１を平面にしてもよい。

温度検知部材６０の先端部６３を押すように外部から力が掛かった場合に、温度検知部材６０が当接部８６に当たる。そうすると、てこの原理により、支持穴８４１を支点にしてそれぞれのプローブ本体８２の先端が内側へと閉じて、それぞれの先端部６３が互いに近づく。したがって、端子１０２で先端部６３を押して温度検知部材６０を後退させたときに、端子１０２を周囲から３点で挟み込むようにプローブ８０が閉じる。これにより、プローブ８０と温度検知部材６０の両方を端子１０２に安定的に接触させることができるので、温度と電気特性の両方をより確実に測定することができる。

なお、本実施の形態では、温度検知部材６０の外周面６０１が平坦である。また、プローブ本体８２が、温度検知部材６０の側を向く平坦な内側面８２２を備えている。温度検知部材６０が当接部８６と当接しないとき、外周面６０１と内側面８２２が接する。これにより、端子１０２に対してコンタクトプローブ装置５０が非コンタクト状態であるときに、外周面６０１と内側面８２２の間に隙間が生じない。仮にそのような隙間があると、異物がかみこむことでプローブ本体８２の動作が阻害されるおそれがある。この点、本実施形態ではそのような異物かみこみを抑制することができる。

なお、プローブ本体８２は温度検知部材６０の外周と接している。プローブ本体８２の先端面８２１が、温度検知部材６０から離れるほど突き出るように傾斜する傾斜面である。これにより端子１０２を温度検知部材６０側へとガイドする機能を発揮することができる。なお、傾斜面の代わりに、温度検知部材６０の先端面８２１の側に凸となる曲面であってもよい。

図５および図６は、本発明の実施の形態にかかる測定装置１０のコンタクトプローブ装置５０の動作を示す模式図である。図中の矢印により、各部位に加わる力および各部位の変位の方向を模式的に示している。図５は、半導体装置１００の測定時におけるコンタクトプローブ装置５０の近傍を示しており、コイルバネ６６の反発力より大きな力で端子１０２を温度検知部材６０に押し当てた状態を示している。このとき、温度検知部材６０は冶具２４側へと退くことで、温度検知部材６０および絶縁層６４が当接部８６に当たる。温度検知部材６０を中心として、当接部８６を外側に開く力がかかる。これに応じて、てこの原理により、支持穴８４１を支点としてプローブ本体８２の先端が内側へ動き、端子１０２を挟み込むように３つのプローブ本体８２がそれぞれ端子１０２に接触する。

図４の上面図で示したように、温度検知部材６０の中心軸周りにおける隣り合う２つのプローブ８０の角度間隔は、１２０度とされている。このように３つのプローブ８０が１２０度間隔で並ぶことで、３方向からバランスよく端子１０２を挟むことができ、平面方向（具体的には図４の紙面と平行な方向）への、コンタクトずれを確実に抑制することができる。なお、温度検知部材６０の中心軸周りにおける隣り合う２つのプローブ８０の角度間隔は均等でなくともよく、１２０度でなくともよい。またプローブ８０の個数は、３つ以上であればよく、４個、５個、６個、あるいはそれ以上の個数であってもよい。

図６は、端子１０２をコンタクトプローブ装置５０から離した場合を示しており、端子１０２の押上力がなくなった後の状態を示している。ここで、図５から図６へと変化する動作を説明する。まず、図５の状態から端子１０２を退けると、コイルバネ６６の反発力によって図６の下方へと温度検知部材６０が進む。これにより温度検知部材６０が３つのプローブ本体８２それぞれの内側面８２２に力を加え、３つのプローブ本体８２を外側に開こうとする。これにより、図６の形状へとなる。本実施形態では当接面８６１が曲面となっており、これにより端子１０２による温度検知部材６０の押し上げ力に対する当接部８６の抵抗力を小さくすることができる。また、当接面８６１の磨耗を軽減する効果もある。

以上説明したように、本実施形態にかかる測定装置１０によれば、端子１０２で温度検知部材６０を押したときにその端子１０２を周囲から３点で挟み込むように３つのプローブ８０が閉じるようにしたので、温度と電気特性の両方をより確実に測定することができる。

図３および図４に示すとおり、コンタクトプローブ装置５０に温度検知部材６０を組み込む構造を成しているので、加熱ステージ２０の下面にのみ温度検知部材６０を設置した場合に比べて、複数の面から温度検知部材６０を用いて半導体装置１００の温度を測定することが可能となる。このため、半導体装置１００の下面（つまりベース板１０６）と上面（端子１０２）の温度差を測定器４０でモニターすることにより、半導体装置１００全体が所望の高温状態に保持されているかを確認することができ、半導体装置１００の温度をより正確に測定することができる。

また、プローブ本体８２を挟み込み構造としているので、細長い形状の端子１０２に対しても端子１０２の側面から電気的接続を確保することができる。

また、コンタクトプローブ装置５０によれば、例えばサーモグラフィーを用いた温度測定に比べて、安価かつ容易に実現可能で、更に故障や破損時の交換も容易に実現可能である。

なお、上記実施の形態では、検査対象である半導体装置１００がケースを有する仕様の半導体装置であるものとしたが、必ずしもケースを有するものでなくともよい。例えば半導体チップを樹脂で封止したいわゆるトランスファーモールド型の半導体装置１００でもよい。

なお、上記実施の形態では温度検知部材６０に熱電対６２を用いたが、本発明はこれに限られない。例えば、熱電対６２の代わりに、水銀温度計を用いてもよく、あるいはサーミスタなどの温度に応じて電気的出力が変化する各種の温度センサ素子を用いてもよい。

なお、本発明の実施形態によるコンタクトプローブ装置５０を用いた試験は、必ずしも高温で実施する必要はない。例えば低温での測定や、常温での精度の高い測定、あるいは温度変化に対する測定を行ってもよい。この場合、温度を測定するための熱電対２２、６２は、測定対象とする半導体装置１００の温度分布に合わせたものを使用することが好ましい。

図７は、放熱用フィン１０４を取り付けた半導体装置１００の例である。必ずしも半導体装置１００の上面と下面から温度を測定する必要は無く、本発明のコンタクトプローブ装置５０を用いて上面からのみ温度を測定してもよい。例えば図７に示すように、下面に放熱用フィン１０４を取り付けた半導体装置１００に対しても、コンタクトプローブ装置５０により測定が可能である。

１０ 測定装置、２０ 加熱ステージ、２２ 熱電対、２４ 冶具、３０ 移動装置、３２ 制御部、４０ 測定器、５０ コンタクトプローブ装置、６０ 温度検知部材、６２ 熱電対、６３ 先端部、６４ 絶縁層、６６ コイルバネ、７０ 固定部材、７２ 冶具接続部、８０ プローブ、８２ プローブ本体、８４ 支持部、８６ 当接部、９０ 電気配線、９２ 温度検知配線、１００ 半導体装置、１０１ ケース、１０２ 端子、１０４ 放熱用フィン、１０６ ベース板、６０１ 外周面、８２１ 先端面、８２２ 内側面、８４１ 支持穴、８６１ 当接面

Claims (7)

1. 冶具と、
   前記冶具に進退可能に接続し、先端部で温度検知を行い外周が電気的に絶縁された温度検知部材と、
   前記冶具に接続され、前記温度検知部材の周囲の少なくとも３箇所を囲う固定部材と、
   導電性を有し、前記少なくとも３箇所において前記固定部材にそれぞれ可動に接続され、前記温度検知部材を前記先端部から押して後退させたときに前記温度検知部材と当接することでそれぞれの先端が互いに近づく、少なくとも３つのプローブと、
   前記プローブおよび前記温度検知部材と配線を介して接続する測定部と、
   を備える測定装置。
2. 前記プローブは、
   前記温度検知部材の隣に位置するプローブ本体と、
   前記プローブ本体と前記固定部材の間に介在して前記プローブ本体を可動に支持する支持部と、
   前記温度検知部材を前記後退させたときに前記温度検知部材と当接することで、前記支持部と前記固定部材の接続点を支点に前記プローブ本体を傾ける当接部と、
   を備える請求項１に記載の測定装置。
3. 前記当接部は、前記温度検知部材の後端部の側へ出張り、前記後端部と当接することにより前記接続点を支点に前記プローブ本体を傾ける請求項２に記載の測定装置。
4. 前記当接部は、前記温度検知部材と当接するための当接面を有し、
   前記当接面は、前記温度検知部材の側に凸となる曲面である請求項２または３に記載の測定装置。
5. 前記温度検知部材の外周面が平坦であり、
   前記プローブが、前記温度検知部材の側を向く平坦な内側面を備え、
   前記温度検知部材が前記当接部と当接しないとき前記外周面と前記内側面が接する請求項２〜４のいずれか１項に記載の測定装置。
6. 前記プローブは前記温度検知部材の前記外周と接しており、
   前記プローブの先端面が、前記温度検知部材から離れるほど突き出るように傾斜する傾斜面、または曲面を備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の測定装置。
7. 前記温度検知部材は、
   熱電対と、
   前記熱電対と前記冶具との間を可逆的に進退させるバネと、
   前記熱電対の先端を露出させつつ前記熱電対の周囲を被覆する絶縁層と、
   を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の測定装置。

Images